UDP（user datagram protocol）用戶數據報協議，屬于傳輸層。

首先要搞清楚網絡通信的幾個層次：

OSI 是 Open System Interconnection 的縮寫，譯為“開放式系統互聯”。
OSI 模型把網絡通信的工作分為 7 層，從下到上分別是物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。
OSI 只是存在于概念和理論上的一種模型，它的缺點是分層太多，增加了網絡工作的復雜性，所以沒有大規模應用。后來人們對 OSI 進行了簡化，合并了一些層，最終只保留了 4 層，從下到上分別是接口層、網絡層、傳輸層和應用層，這就是大名鼎鼎的 TCP/IP 模型。

我們平常使用的程序（或者說軟件）一般都是通過應用層來訪問網絡的，程序產生的數據會一層一層地往下傳輸，直到最后的網絡接口層，就通過網線發送到互聯網上去了。數據每往下走一層，就會被這一層的協議增加一層包裝，等到發送到互聯網上時，已經比原始數據多了四層包裝。整個數據封裝的過程就像俄羅斯套娃。

當另一臺計算機接收到數據包時，會從網絡接口層再一層一層往上傳輸，每傳輸一層就拆開一層包裝，直到最后的應用層，就得到了最原始的數據，這才是程序要使用的數據。

給數據加包裝的過程，實際上就是在數據的頭部增加一個標志（一個數據塊），表示數據經過了這一層，我已經處理過了。給數據拆包裝的過程正好相反，就是去掉數據頭部的標志，讓它逐漸現出原形。

我們所說的 socket 編程，是站在傳輸層的基礎上，所以可以使用 TCP/UDP 協議，但是不能干「訪問網頁」這樣的事情，因為訪問網頁所需要的 http 協議位于應用層。

兩臺計算機進行通信時，必須遵守以下原則：

• 必須是同一層次進行通信，比如，A 計算機的應用層和 B 計算機的傳輸層就不能通信，因為它們不在一個層次，數據的拆包會遇到問題。
• 每一層的功能都必須相同，也就是擁有完全相同的網絡模型。如果網絡模型都不同，那不就亂套了，誰都不認識誰。
• 數據只能逐層傳輸，不能躍層。
• 每一層可以使用下層提供的服務，并向上層提供服務。

TCP/IP 模型包含了 TCP、IP、UDP、Telnet、FTP、SMTP 等上百個互為關聯的協議，其中 TCP 和 IP 是最常用的兩種底層協議，所以把它們統稱為“TCP/IP 協議族”。

也就是說，“TCP/IP模型”中所涉及到的協議稱為“TCP/IP協議族”。

個人學習的socket 編程是基于 TCP 和 UDP 協議的，它們的層級關系如下圖所示：

UDP是面向非連接的協議，它不與對方建立連接，而是直接把數據報發給對方。UDP無需建立類如三次握手的連接，使得通信效率很高。因此UDP適用于一次傳輸數據量很少、對可靠性要求不高的或對實時性要求高的應用場景。

服務端：

　　　　　　（1）使用函數socket()，生成套接字文件描述符；

　　　　　　（2）通過struct?sockaddr_in 結構設置服務器地址和監聽端口；

　　　　　　（3）使用bind() 函數綁定監聽端口，將套接字文件描述符和地址類型變量（struct?sockaddr_in?）進行綁定；

　　　　　　（4）接收客戶端的數據，使用recvfrom() 函數接收客戶端的網絡數據；

　　　　　　（5）向客戶端發送數據，使用sendto() 函數向服務器主機發送數據；

　　　　　　（6）關閉套接字，使用close() 函數釋放資源；

　　　　客戶端：

　　　　　　（1）使用socket()，生成套接字文件描述符；

　　　　　　（2）通過struct?sockaddr_in 結構設置服務器地址和監聽端口；

　　　　　　（3）向服務器發送數據，sendto() ；

　　　　　　（4）接收服務器的數據，recvfrom() ；

　　　　　　（5）關閉套接字，close() ；

（1）socket()函數解讀:生成套接字文件描述符

socket() 函數用來創建套接字，確定套接字的各種屬性，然后服務器端要用 bind() 函數將套接字與特定的 IP 地址和端口綁定起來，只有這樣，流經該 IP 地址和端口的數據才能交給套接字處理。類似地，客戶端也要用 connect() 函數建立連接。

int socket(int af, int type, int protocol);//Linux下//在 Linux 下使用 <sys/socket.h> 頭文件中 socket() 函數來創建套接字
SOCKET socket(int af, int type, int protocol);//windows下
//兩者除了返回值類型不同，其他都是相同的。Windows 不把套接字作為普通文件對待，而是返回 SOCKET 類型的句柄。請看下面的例子： 
SOCKET sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  //創建TCP套接字

1) af 為地址族（Address Family），也就是 IP 地址類型，常用的有 AF_INET 和 AF_INET6。AF 是“Address Family”的簡寫，INET是“Inetnet”的簡寫。AF_INET 表示 IPv4 地址，例如 127.0.0.1；AF_INET6 表示 IPv6 地址，例如?1030::C9B4:FF12:48AA:1A2B。

2) type 為數據傳輸方式/套接字類型，常用的有 SOCK_STREAM（流格式套接字/面向連接的套接字）?和?SOCK_DGRAM（數據報套接字/無連接的套接字）

3) protocol 表示傳輸協議，常用的有?IPPROTO_TCP 和 IPPTOTO_UDP，分別表示 TCP 傳輸協議和 UDP 傳輸協議。
有了地址類型和數據傳輸方式，還不足以決定采用哪種協議嗎？為什么還需要第三個參數呢？（因為有時TCP和UDP同時滿足兩種情況，這時候就不知道用哪種了。）

正如大家所想，一般情況下有了 af 和 type 兩個參數就可以創建套接字了，操作系統會自動推演出協議類型，除非遇到這樣的情況：有兩種不同的協議支持同一種地址類型和數據傳輸類型。如果我們不指明使用哪種協議，操作系統是沒辦法自動推演的。

本教程使用 IPv4 地址，參數 af 的值為 PF_INET。如果使用 SOCK_STREAM 傳輸數據，那么滿足這兩個條件的協議只有 TCP，因此可以這樣來調用 socket() 函數：

int tcp_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);  //IPPROTO_TCP表示TCP協議

這種套接字稱為 TCP 套接字。

如果使用 SOCK_DGRAM 傳輸方式，那么滿足這兩個條件的協議只有 UDP，因此可以這樣來調用 socket() 函數：

int udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);  //IPPROTO_UDP表示UDP協議

這種套接字稱為 UDP 套接字。

上面兩種情況都只有一種協議滿足條件，可以將 protocol 的值設為 0，系統會自動推演出應該使用什么協議，如下所示：

int tcp_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  //創建TCP套接字
int udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);  //創建UDP套接字

大家需要記住127.0.0.1，它是一個特殊IP地址，表示本機地址，后面的教程會經常用到。

你也可以使用 PF 前綴，PF 是“Protocol Family”的簡寫，它和 AF 是一樣的。例如，PF_INET 等價于 AF_INET，PF_INET6 等價于 AF_INET6。

(2)struct?sockaddr_in 結構體解讀：設置服務器地址和監聽端口

上述提到的sockaddr_in是什么？還有一個是sockaddr ？這倆個分別是什么有什么區別

struct sockaddr?和?struct sockaddr_in?這兩個結構體用來處理網絡通信的地址。

下圖是 sockaddr 與 sockaddr_in 的對比（括號中的數字表示所占用的字節數）：

sockaddr_in 結構體，sockaddr在頭文件#include <sys/socket.h>中定義，sockaddr的缺陷是：sa_data把目標地址和端口信息混在一起了：

struct sockaddr{sa_family_t  sin_family;   //地址族（Address Family），也就是地址類型char         sa_data[14];  //IP地址和端口號
};

sockaddr_in在頭文件#include<netinet/in.h>或#include <arpa/inet.h>中定義，該結構體解決了sockaddr的缺陷，把port和addr 分開儲存在兩個變量中，如下：?

struct sockaddr_in{sa_family_t     sin_family;   //地址族（Address Family），也就是地址類型uint16_t        sin_port;     //16位的端口號struct in_addr  sin_addr;     //32位IP地址char            sin_zero[8];  //不使用，一般用0填充
};

1) sin_family 和 socket() 的第一個參數的含義相同，取值也要保持一致。

地址族（Address Family），也就是 IP 地址類型，常用的有 AF_INET 和 AF_INET6。AF 是“Address Family”的簡寫，INET是“Inetnet”的簡寫。AF_INET 表示 IPv4 地址，例如 127.0.0.1；AF_INET6 表示 IPv6 地址，例如?1030::C9B4:FF12:48AA:1A2B。

2) sin_prot 為端口號。uint16_t 的長度為兩個字節，理論上端口號的取值范圍為 0~65536，但 0~1023 的端口一般由系統分配給特定的服務程序，例如 Web 服務的端口號為 80，FTP 服務的端口號為 21，所以我們的程序要盡量在 1024~65536 之間分配端口號。

端口號需要用 htons() 函數轉換，為什么呢？

3) sin_addr 是 struct in_addr 結構體類型的變量，下面會詳細講解。

4) sin_zero[8] 是多余的8個字節，沒有用，一般使用 memset() 函數填充為 0。上面的代碼中，先用 memset() 將結構體的全部字節填充為 0，再給前3個成員賦值，剩下的 sin_zero 自然就是 0 了。

該結構體中提到的另外一個結構體in_addr 結構體，該結構體只包含一個成員，如下所示：

struct in_addr{in_addr_t  s_addr;  //32位的IP地址
};

in_addr_t 在頭文件 <netinet/in.h> 中定義，等價于 unsigned long，長度為4個字節。也就是說，s_addr 是一個整數，而IP地址是一個字符串，所以需要?inet_addr() 函數進行轉換，例如：

unsigned long ip = inet_addr("127.0.0.1");
printf("%ld\n", ip);

運行結果：
13278343

至于為什么要搞的這么復雜？

為什么要搞這么復雜，結構體中嵌套結構體，而不用 sockaddr_in 的一個成員變量來指明IP地址呢？socket() 函數的第一個參數已經指明了地址類型，為什么在 sockaddr_in 結構體中還要再說明一次呢，這不是啰嗦嗎？

這些繁瑣的細節確實給初學者帶來了一定的障礙，我想，這或許是歷史原因吧，后面的接口總要兼容前面的代碼。各位讀者一定要有耐心，暫時不理解沒有關系，根據教程中的代碼“照貓畫虎”即可，時間久了自然會接受。

總結：

1. 二者長度一樣，都是16個字節，即占用的內存大小是一致的，因此可以互相轉化。二者是并列結構，指向sockaddr_in結構的指針也可以指向sockaddr。
2. sockaddr常用于bind、connect、recvfrom、sendto等函數的參數（為社么呢？？），指明地址信息，是一種通用的套接字地址。?

bind() 第二個參數的類型為 sockaddr，而代碼中卻使用 sockaddr_in，然后再強制轉換為 sockaddr，這是為什么呢？

因為sockaddr 和 sockaddr_in 的長度相同，都是16字節，只是將IP地址和端口號合并到一起，用一個成員 sa_data 表示。要想給 sa_data 賦值，必須同時指明IP地址和端口號，例如”127.0.0.1:80“，遺憾的是，沒有相關函數將這個字符串轉換成需要的形式，也就很難給 sockaddr 類型的變量賦值，所以使用 sockaddr_in 來代替。這兩個結構體的長度相同，強制轉換類型時不會丟失字節，也沒有多余的字節。

1. sockaddr_in 是internet環境下套接字的地址形式。所以在網絡編程中我們會對sockaddr_in結構體進行操作，使用sockaddr_in來建立所需的信息，最后使用類型轉化就可以了。一般先把sockaddr_in變量賦值后，強制類型轉換后傳入用sockaddr做參數的函數：sockaddr_in用于socket定義和賦值；sockaddr用于函數參數。

可以認為，sockaddr 是一種通用的結構體，可以用來保存多種類型的IP地址和端口號，而 sockaddr_in 是專門用來保存 IPv4 地址的結構體。另外還有 sockaddr_in6，用來保存 IPv6 地址，它的定義如下：

struct sockaddr_in6 { sa_family_t sin6_family;  //(2)地址類型，取值為AF_INET6in_port_t sin6_port;  //(2)16位端口號uint32_t sin6_flowinfo;  //(4)IPv6流信息struct in6_addr sin6_addr;  //(4)具體的IPv6地址uint32_t sin6_scope_id;  //(4)接口范圍ID
};

正是由于通用結構體 sockaddr 使用不便，才針對不同的地址類型定義了不同的結構體。

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擴展：

兩個函數 htons() 和 inet_addr()。

htons()作用是將端口號由主機字節序轉換為網絡字節序的整數值。(host to net)

inet_addr()作用是將一個IP字符串轉化為一個網絡字節序的整數值，用于sockaddr_in.sin_addr.s_addr。

inet_ntoa()作用是將一個sin_addr結構體輸出成IP字符串(network to ascii)。比如：

printf("%s",inet_ntoa(mysock.sin_addr));

htonl()作用和htons()一樣，不過它針對的是32位的（long），而htons()針對的是兩個字節，16位的（short）。

與htonl()和htons()作用相反的兩個函數是：ntohl()和ntohs()。?

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（3）bind()函數解讀：綁定監聽端口，將套接字文件描述符和地址類型變量（struct?sockaddr_in?）進行綁定

int bind(int sock, struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);  //Linux
int bind(SOCKET sock, const struct sockaddr *addr, int addrlen);  //Windows

下面的代碼，將創建的套接字與IP地址 127.0.0.1、端口 1234 綁定：

//創建套接字
int serv_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);//創建sockaddr_in結構體變量
struct sockaddr_in serv_addr;
memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));  //每個字節都用0填充
serv_addr.sin_family = AF_INET;  //使用IPv4地址
serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  //具體的IP地址
serv_addr.sin_port = htons(1234);  //端口//將套接字和IP、端口綁定
bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));

sock 為 socket 文件描述符，addr 為 sockaddr 結構體變量的指針，addrlen 為 addr 變量的大小，可由 sizeof() 計算得出。

（4）recvfrom() 函數解讀：服務器端接收客戶端的網絡數據

int recvfrom(int s, void *buf, int len, unsigned int flags,struct sockaddr *from, int *fromlen); 

返回值說明：

　　　　成功則返回實際接收到的字符數，失敗返回-1，錯誤原因會存于errno 中。

　　參數說明：

　　　　s：? ? ? ? ??socket描述符；
　　　　buf：? ? ? ?UDP數據報緩存區（包含所接收的數據）；?
　　　　len：? ? ? ?緩沖區長度。?
　　　　flags：? ? 調用操作方式（一般設置為0）。?
　　　　from：? ? ?指向發送數據的客戶端地址信息的結構體（sockaddr_in需類型轉換）；
　　　　fromlen：指針，指向from結構體長度值。

（5）sendto() 函數解讀：向客戶端/服務器主機發送數據

int sendto(int s, const void *buf, int len, unsigned int flags, const struct sockaddr *to, int tolen);

返回值說明：

　　　　成功則返回實際傳送出去的字符數，失敗返回-1，錯誤原因會存于errno 中。

　　參數說明：

　　　　s：? ? ? socket描述符；
　　　　buf：? UDP數據報緩存區（包含待發送數據）；
　　　　len：? ?UDP數據報的長度；
　　　　flags：調用方式標志位（一般設置為0）；
　　　　to：　 指向接收數據的主機地址信息的結構體（sockaddr_in需類型轉換）；
　　　　tolen：to所指結構體的長度；

示例：

（1）服務器端

//服務器端
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <iostream>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <arpa/inet.h>#define MAXLINE 4096
#define UDPPORT 8001
#define SERVERIP "192.168.255.129"using namespace std;int main(){int serverfd;unsigned int server_addr_length, client_addr_length;char recvline[MAXLINE];char sendline[MAXLINE];struct sockaddr_in serveraddr , clientaddr;// 使用函數socket()，生成套接字文件描述符；if( (serverfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0 ){perror("socket() error");exit(1);}// 通過struct sockaddr_in 結構設置服務器地址和監聽端口；bzero(&serveraddr,sizeof(serveraddr));serveraddr.sin_family = AF_INET;serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);serveraddr.sin_port = htons(UDPPORT);server_addr_length = sizeof(serveraddr);// 使用bind() 函數綁定監聽端口，將套接字文件描述符和地址類型變量（struct sockaddr_in ）進行綁定；if( bind(serverfd, (struct sockaddr *) &serveraddr, server_addr_length) < 0){perror("bind() error");exit(1);}// 接收客戶端的數據，使用recvfrom() 函數接收客戶端的網絡數據；client_addr_length = sizeof(sockaddr_in);int recv_length = 0;recv_length = recvfrom(serverfd, recvline, sizeof(recvline), 0, (struct sockaddr *) &clientaddr, &client_addr_length);cout << "recv_length = "<< recv_length <<endl;cout << recvline << endl;// 向客戶端發送數據，使用sendto() 函數向服務器主機發送數據；int send_length = 0;sprintf(sendline, "hello client !");send_length = sendto(serverfd, sendline, sizeof(sendline), 0, (struct sockaddr *) &clientaddr, client_addr_length);if( send_length < 0){perror("sendto() error");exit(1);}cout << "send_length = "<< send_length <<endl;//關閉套接字，使用close() 函數釋放資源；close(serverfd);return 0;
}

（2）客戶端

//客戶端
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <iostream>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <arpa/inet.h>#define MAXLINE 4096
#define UDPPORT 8001
#define SERVERIP "192.168.255.129"using namespace std;int main(){int confd;unsigned int addr_length;char recvline[MAXLINE];char sendline[MAXLINE];struct sockaddr_in serveraddr;// 使用socket()，生成套接字文件描述符；if( (confd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0 ){perror("socket() error");exit(1);}//通過struct sockaddr_in 結構設置服務器地址和監聽端口；bzero(&serveraddr, sizeof(serveraddr));serveraddr.sin_family = AF_INET;serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVERIP);serveraddr.sin_port = htons(UDPPORT);addr_length = sizeof(serveraddr);// 向服務器發送數據，sendto() ；int send_length = 0;sprintf(sendline,"hello server!");send_length = sendto(confd, sendline, sizeof(sendline), 0, (struct sockaddr *) &serveraddr, addr_length);if(send_length < 0 ){perror("sendto() error");exit(1);}cout << "send_length = " << send_length << endl;// 接收服務器的數據，recvfrom() ；int recv_length = 0;recv_length = recvfrom(confd, recvline, sizeof(recvline), 0, (struct sockaddr *) &serveraddr, &addr_length);cout << "recv_length = " << recv_length <<endl;cout << recvline << endl;// 關閉套接字，close() ；close(confd);return 0;
}

參考：https://blog.csdn.net/qingzhuyuxian/article/details/79736821

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的Socket：UDP协议小白的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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